KR0158753B1

KR0158753B1 - 미생물 흡착여재 및 이를 이용한 폐수처리 방법

Info

Publication number: KR0158753B1
Application number: KR1019950050319A
Authority: KR
Inventors: 오희목; 구영환; 안극현; 윤병대; 권기석; 장감용; 고영희; 민태익
Original assignee: 김은영; 한국과학기술연구원
Priority date: 1995-12-15
Filing date: 1995-12-15
Publication date: 1998-11-16
Also published as: KR970042320A

Abstract

본 발명은 미생물 흡착여재 및 이를 이용한 폐수처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 활성탄과 스티로폼을 혼합하고 여기에 미생물을 흡착시켜 제조한 미생물흡착여재와 이를 이용한 폐수의 처리방법에 관한 것이다.

Description

미생물 흡착여재 및 이를 이용한 폐수처리 방법

일반적으로 유기물을 함유하고 있는 폐수를 생물학적으로 처리하는 방법은 미생물오니를 폐수에 투입하여 부유 미생물을 증식시키는 활성오니법과, 생물막에 미생물을 고착시켜 유기물을 처리하는 고착형 생물처리법이 알려져 있다.

그러나, 상기와 같은 처리법은 난분해성 물질을 함유하는 폐수에서는 그 적용에 한계가 있는바, 상기 두 방법을 혼용한 다공성 흡착재가 개발되었고[히타치사, 일본특허 공개84-127,693호; 쇼와화학, 일본특허 공개 88-7897호], 이소시아네이트를 첨가하여 양전하를 띠면서 표면적을 증가시키는 방법도 알려진 바 있다.[바이엘, 미국특허 3,312,578호].

그리고, 운전시 유실(流失)을 방지하기 위하여 비중이 비교적 큰 물질을 선택하여 흡착재로 사용하는데, 그 예로는 활성탄[정관농기, 일본특허 공고83-6556호], 산화알루미늄, 벤토나이트, 이산화실리카[독일특허 공개 2,703,834호], 폴리우레탄 하이드로겔[독일특허 공개 2,929,872호], 석면, 키셀겔[쿠리타정수, 미국특허 4,762,612호]등이 있으며 이중 주로 활성탄이 사용된다.

한편, 활성탄을 염산으로 처리하여 흡착능을 증가시킨 다공성 흡착재[오맹곤, 대한민국특허 공고 92-9788]도 있는데, 이는 부하변동이 심한 폐수처리에서도 사용이 가능하지만, 폭기조 용적의 75%를 충지하여야 한다.

그러나, 활성탄을 폐수처리시 흡착여재로 사용하는 경우 폭기조내에 침적되어 오니를 혐기화시킬 우려가 있다.

따라서 , 본 발명자들은 종래의 폐수처리시 활성탄을 이용한 흡착여재의 침적문제를 해결하고 난분해성 물질, 특히 휘발성 물질을 함유하는 폐수를 효과적으로 처리하고 경제적인 흡착여재를 개발하고자 연구 노력한 결과, 활성탄과 스티로폼을 혼합하고 스크린망으로 포장하여 여기에 오염물질을 분해할 수 있는 미생물을 흡착시킨 미생물 흡착여재를 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 환경보호측에서 효용가치가 높고, 경제적이면서 특히, 난분해성 물질을 함유하는 폐수의 처리에 유용한 미생물 흡착여재 및 이를 이용한 폐수처리 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 미생물 흡착여재의 제조방법에 있어서, 활성탄과 스티로폼을 혼합하고 이를 스크린망으로 포장하여 비중을 0.5∼0.7로 조정한 후, 여기에 오염물질 분해능을 갖는 미생물을 여재 1㎎당 2 × 10⁸CFU로 고정화시키는 것을 그 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기의 미생물 흡착여재를 폭기족 표면의 70∼80%를 덮도록 첨가하여 폐수를 처리하는 방법에 관한 것도 포함한다.

이와 같은 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 페스티로폼에 미생물을 이용하여 흡착여재를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 흡착여재는 페스티로폼을 이용하여 비중을 줄여 부유하도록 제조된 것으로, 여기에 폐수처리에 유용한 것으로 알려진 미생물을 흡착시킨다. 폐수처리에 효과적으로 작용하는 것으로 알려진 미생물에는 먼저 페놀 등 난분해성 물질의 분해에 효율적으로 작용하는 캔디다 트로피카리스(Candida tropicalis)가 있으며, 본 출원인이 1995년 10월 26일자로 출원한 신균주 캔디다 트로피카리스 (Candida tropicalis)(K

CTC 8687P)[대한민국 특허 출원제 95-37339]는 폐수처리장 유래의 슬러지로부터 추출된 미생물을 페놀배지에서 배양하여 페놀 자화성 세균과 효모 및 곰팡이를 분리하고, 이들 미생물들을 포름알데히드 배지에 다시 접종하여 페놀과 동시 이용성을 갖는 미생물을 탐색하여 분리한 것으로서, 폐수중의 페놀과 포름알데히드를 우수한 효율로 제거함을 밝힌 바 있다.

그밖에 플라보박테이움 속(Flavobacterium sp.) BEN2, 아시네토박터 속(Acinetobacter sp.) TOL3또는 아시네토박터 속(Acinetobacter sp.)PHE2와 같은 방향족 화합물을 포함한 폐수처리에 사용되는 균주[오 등(1994), 한국산업미생물학회지 22, p415∼422]를 흡착시킬 수도 있다.

본 발명의 미생물 흡착여재의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

활성탄과 스티로폼을 혼합하고, 통상의 스크린망으로 포장하여 비중을 0.5∼0.7로 조정한 후, 분리 상기의 분리 균주를 여재 1㎎당 2 × 10⁸CFU로 고정화시킨다. 이때, 스티로폼은 가전제품의 포장재로 이용된 것을 수거하여 목재절구와 공이를 이용하여 파쇄한 후 체로 걸러 1∼2mm크기로 준비한 것이다. 그리고, 활성탄과 스티로폼을 19 : 1 중량비로 혼합하는데, 이때 혼합비가 상기와 같은 것이 비중조절을 위해 바람직하다. 그리고, 비중을 상기와 같이 조절하는 것은 미생물 흡착여재가 폐수 상부에 부유하여 휘발성 물질을 제거할 수 있도록 하기 위한 것이다.

이와 같은 미생물 흡착여재를 폐수 처리에 사용할 때는 상기 미생물 흡착여재를 폭기조 표면의 70∼80%를 덮도록 첨가하여 페놀이나 포름알데히드와 같은 난분해성 물질을 함유하는 폐수나 일반 공장폐수 등을 대상으로 처리한다.

이와 같은 공정을 6개월 운정하는 동안 정상적으로 가동되었으며, 미생물 흡착여재에 부착되었던 생물막의 탈리현상은 관찰되지 않았다.

상기와 같은 본 발명의 미생물 흡착여재와 이를 이용한 폐수처리 방법은 폐기물은 스티로폼을 재활용하므로 환경보호 측면에서 효용가치가 높고 저렴하며, 난분해성 물질, 특히 페놀과 포름알데히드를 함유하는 폐수의 처리에 유용하다.

이하 본 발명에서는 페놀과 포름알데히드에 대한 분해능이 우수한 캔디다트로피카리스(Candida tropicalis)를 이용하며 미생물 흡착여재를 제조한 예를 실시예로 하여 상세히 설명하는 바, 본 발명이 상기 미생물이나 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예1; 흡착여재의 제조]

스티로폼을 목재 절구와 공이를 이용하여 파쇄하고, 체로 걸러 1∼2mm크기의 스티로폼 입자를 얻었다.

스티로폼 1g에 활성탄 19g을 첨가하여 분산시키고, 이들을 통상의 스크린망(폴리에틸렌 재질의 망상)으로 둘로싸서 흡착여재를 제조하였다. 이때, 흡착여재의 비중은 0.668이었으며, 6개월 운전 후 비중은 미생물의 흡착에 의하여 0.767로 증가하였다.

[실시예2 ; 미생물 흡착여재의 제조]

페놀 500㎎/ι를 첨가한 YPD 배지(효모엑기스 0.5%, 펩톤 1.0%, 덱스트로즈2.0%에서 배양하고 원심분리하여 얻은 캔디다 트로피카리스(KCTC 8687P) 4 × 10⁸CFU를 포름알데히드를 첨가한 인공폐수에 접종한 후, 이 배양액과 폐수처리용 종균(Oh et al., Kor. J. Appl. Microbiol.. 22, 415, 1994)을 상기 실시예1의 흡착여재에 접종하고 48시간 동안 30℃에서 진탕시켜 흡착여재에 균체를 고정시켰다. 그 결과 고정된 균체수는 흡착여재 1㎎당 2 × 10⁸CFU이었다.

[실험예 1]

본 발명 실험예에서 사용된 COD측정법 및 기타 농도 측정방법은 다음과 같다.

먼저 크롬을 이용한 COD측정법은 미국 수질시험법(APHA et al., Standard methods for the examination of water and wastewater, 18th ed., APHA, Washington, 1992)에 따르며, 망간을 이용하는 방법은 환경오염 공정시험법(동화기술편집위원회, 수질오염-폐기물공정시험법, 동화기술,1993)에 따랐다. 그리고, 페놀의 농도는 염화암모늄-암모니아 완충액(pH10)내에서 4-아미노안티피린과 페리시안화칼륨을 첨가하여 생성된 적색의 안티피린계 색소의 흡광도를 510nm에서 측정하였다(동화기술편집위원회, 수질오염-폐기물 공정시험방법, 동화기술, 1993). 또한, 포름알데히드의 농도는 시료 0.5㎕ 에 1N 염산 0.5㎖ 와 0.4% 크로모트로핀산(67% 황산에 녹임)4㎕ 를 첨가하고, 15분간 항온수조에서 가열한 후 방냉하고, 580nm 에서 흡광도를 측정하였다.(Matsuda et al., J. Biochem.,79, 1197, 1976).

BOD는 환경오염 공정시험법(동화기술편집위원회, 수징오염-폐기물 공정시험방법, 동화기술, 1993)을 따랐다.

부산에 소재한 페놀 수지 공장 D사의 폐수 원액을 채취하였는 바, 이 폐수 원액은 옅은 노란색으로 투명하며 pH는 3.0이었다. 폐수 원액중 페놀은 41,000㎎/l이고, 포름알데히드는 2,800㎎/l이며, COD(Mn)은 89,000㎎/l, COD(Cr)은 150,000㎎/l및 BOD는 210㎎/l이었다.

폐수원액을 수돗물(수돗물을 받아서 이틀간 폭기하여 염소성분을 제거한 것)로 20, 40, 80배 희석하였다. 희석된 폐수의 COD(Mn), 페놀과 포름알데히드의 농도는 80배 희석의 경우는 1,093, 510, 26.0 ㎎/l, 40배 희석의 경우는 2,067, 938, 47.1 ㎎/l, 그리고 20배 희석의 경우는 4,587, 1,805, 114.5㎎/l이었다. 여기에 영양원으로서 요소와 인산을 일정비율로 첨가하였다.

투명 아크릴로 제작한 10ι용량의 활성오니 반응조에 희석한 폐수를 채운 뒤 상기 실시예2에 따라 제조된 미생물 흡착여재를 20g/l의 비율로 투여하고, 용존산소를 2∼3㎎/l, 온도를 25±2℃, 체류시간을 48시간으로 유지하였다.

유입수의 희석배수별 슬러지가 안정화된 후의 처리수의 수질은 다음 표 1에 나타낸 바와 같다.

상기 표1의 결과로부터 본 발명의 미생물 흡착여재를 사용하여 폐수를 처리하는 경우 COD(Mn)는 97%이상, 페놀은 99.9%, 포름알데히드92%이상 제거됨을 알 수 있다.

[실험예 2]

폐수 성상이 COD(Mn) 1,020㎎/l, BOD680㎎/ℓ, 부유고형물(Suspended Solids, SS)280㎎/ℓ, 색도 250, pH7.2 인 염색폐수 10l에 상기 실험예 1에서와 같이 미생물 흡착여재 20g/l를 투여하고, 용존산소를 2∼4㎎/ℓ, 온도를 25±2℃, 혼합액 부유고형물(Mixed Liquor Suspended Solids, MLSS)를 2,000∼3,000㎎/ℓ, 체류시간을 48시간으로 유지하였다. 이때, 대조군으로는 종래의 활성오니방식으로 처리한 폐수로 하였으며, 처리 결과는 다음 표2에 나타낸 바와 같다.

*( )은 처리효율을 나타낸 것임.

상기 표2의 결과로부터 본 발명의 미생물 흡착여재를 사용하여 폐수를 처리하는 경우 종래의 활성오니법에 의한 경우 보다 COD제거효율은 15%이상 향상되었고, 색도 제거효율은 90%이상으로 향상됨을 알 수 있다.

[실험예 3]

COD(Mn)480㎎/ℓ, BOD 420㎎/ℓ,SS 220㎎/ℓ, pH6.4인 도축폐수 10l에 상기 실험예1에서와 같이 미생물 흡착여재 20g/l를 투여하고, 용존산소를 2∼4㎎/ℓ, 온도를 25 ± 2℃, MLSS를 2,000∼3,000㎎/ℓ, 체류시간을 48시간으로 유지하였다.

이때 대조군은 종래의 활성오니 방식으로 처리한 폐수로 하였으며, 그결과는 다음 표3에 나타낸 바와 같다.

*( )은 처리효율을 나타낸 것임.

상기 표3의 결과로부터 본 발명의 미생물 흡착여재를 사용하여 폐수를 처리하는 경우 종래의 활성오니법에 비하여 BOD제거효율이 90%이상으로 향상됨을 알 수 있다.

[실험예 4]

고농도의 질소와 인으로 문제가 되고 있는 COD(Mn)860㎎/ℓ, BOD940㎎/ℓ, 총질소량 340㎎/ℓ, 총인량 21㎎/ℓ, pH 9.6 인 축산폐수 10ℓ에 상기 실험예 1에서와 같이 미생물 흡착여재 20g/ℓ를 투여하고, 용존산소를 2∼4㎎/ℓ, 온도를 25 ± 2℃ MLSS를 2,000∼3,000㎎/ℓ, 체류시간을 48시간으로 유지하였다. 이때, 대조군은 종래의 활성오니 방식으로 처리한 폐수로 하였으며, 그 결과는 다음 표4에 나타낸 바와 같다.

*( )은 처리효율을 나타낸 것임.

상기 표4의 결과로부터 본 발명의 미생물 흡착여재를 사용하여 폐수를 퍼리하는 경우 93% 이상의 질소 제거효율을 나타내었고, 암모니아태 질소에 의한 악취의 발생도 거의 나타나지 않음을 알 수 있다.

[실험예 5]

페놀을 함유하고 있는 COD(Mn)320㎎/ℓ, BOD 190㎎/ℓ, SS 120㎎/ℓ, 페놀 10.2㎎/ℓ, pH 9.6 인 제지폐수 10ℓ에 상기 실험예 1에서와 같이 미생물 흡착여재 20g/ℓ를 투여하고, 용존산소를 2∼4㎎/ℓ, 온도를 25 ± 2℃ MLSS를 2,000∼3,000㎎/ℓ, 체류시간을 48시간으로 유지하였다. 이때, 대조군은 종래의 활성오니 방식으로 처리한 폐수로 하였으며, 처리결과는 다음 표5에 나타낸 바와 같다.

*( )은 처리효율을 나타낸 것임.

[실험예 6 ]

상기 실험예 1에서 생활하수로 페놀폐수를 희석한 경우 하수의 총질량은 14.7㎎/ℓ,총인량 2.61㎎/ℓ, 그리고 BOD는75㎎/ℓ로서, 이를 이용해 영양원을 별도로 첨가하지 않고 40배 희석처리하였으며, 그 처리방법은 상기 실험예1과 같다. 이때, 대조군으로는 종래의 활성오니방식으로 처리한 폐수로 하였으며, 처리결과는 다음 표6에 나타낸 바와 같다.

*( )은 처리효율을 나타낸 것임.

상기 표6의 결과로부터 본 발명의 미생물 흡착여재를 사용하여 영양원을 첨가하지 않고 폐수를 처리하는 경우 COD(Mn)는 98%이상, 페놀 함량은 99.9%이상 제거됨을 알 수 있다.

상기 실험예 1∼6의 결과로부터 본 발명의 활성탄과 스티로폼을 혼합하고, 통상의 스크린망으로 포장하고 오염물질 분해능을 갖는 미생물을 고정화하여 비중을 조정한 미생물 흡착여재를 이용하여 폐수처리를 하는 경우, 모든 폐수 조건에서 COD(Mn)은 90%이상, BOD는 90%이상의 제거효과를 나타냄을 알 수 있으며, 색도 제거나 악취등의 제거에도 효과적이었다. 그리고, 본 발명의 미생물 흡착여재는 난분해성 물질을 함유하는 폐수뿐만 아니라 일반 폐수처리시에도 우수한 효과를 나타낸다.

따라서, 본 발명의 미생물 흡착여재는 폐기되는 스티로폼을 사용하여 환경보호측면에서 효용가치가 높고, 비교적 저렴할 뿐만 아니라 처리효과가 우수하여 해당 분야에 유용하게 사용할 수 있다.

Claims

활성탄과 스티로폼을 혼합하고 이를 스크린망으로 포장하여 비중을 0.5∼0.7로 조정한 후, 여기에 오염물질 분해능을 갖는 미생물을 여재 1㎎당 2 × 10⁸CFU로 고정화시키는 것을 특징으로 하는 미생물 흡착여재의 제조방법.
제1항에 따라 제조된 미생물 흡착여재를 폭기조 표면70∼80%를 덮도록 첨가하여 폐수를 처리하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 미생물은 캔디다 트로피카리스(KCTC 8687P)임을 특징으로 하는 미생물 흡착여재의 제조방법.